DE69110986T2

DE69110986T2 - Schaltung zur Ermittlung des durchschnittlichen Pegels eines Bildsignals.

Info

Publication number: DE69110986T2
Application number: DE69110986T
Authority: DE
Inventors: Atsuhisa Kageyama; Hideaki Sadamatsu
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-07-19
Filing date: 1991-07-12
Publication date: 1995-12-21
Anticipated expiration: 2011-07-13
Also published as: EP0467223A1; DE69110986D1; JPH0479481A; CA2046774C; EP0467223B1; KR920003742A; US5223927A; KR940011066B1; CA2046774A1; JP2764761B2; MY106186A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung zum Detektieren der mittleren Bildhelligkeit eines Bildsignals, wie sie für die Detektierung der mittleren Bildhelligkeit (average picture level, im weiteren auch APL) der Bildsignale für den Fall der Gradationskorrektur und dergl. der Bildhelligkeitssignale in Bildwiedergabegeräten wie Fernsehempfängern, Videorecordern etc. benötigt wird.
Da in den letzten Jahren die Farbfernsehempfänger immer größer wurden, werden verschiedene Einrichtungen zur Gradationskorrektur verwendet, um die Gradation der Bildsignale zu korrigieren, um eine klarere Bildwiedergabe zu erhalten und um den Dynamikbereich der Bilder auf der Bildröhre zu vergrößern. für die Gradationskorrektur durch die Einrichtung zur Gradationskorrektur ist es erforderlich, die mittlere Bildhelligkeit der Bildhelligkeitssignale zu detektieren. Damit haben Vorrichtungen zum Detektieren der mittleren Bildhelligkeit eines Bildsignals an Bedeutung gewonnen.
Die herkömmliche Vorrichtung zum Detektieren der mittleren Bildhelligkeit eines Bildsignals wie oben beschrieben wird nachstehend unter Bezug auf die Figuren erläutert.
Die Fig. 4 zeigt das Blockdiagramm der herkömmlichen Vorrichtung zum Detektieren der mittleren Bildhelligkeit eines Bildsignals. In der Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine Sockel-Klemmschaltung zum Halten des Sockels des Eingangs-Bildhelligkeitssignals a auf einer vorgegebenen Sockelspannung b. Das Bezugszeichen 2 ist ein Synchronsignal-Trennschaltkreis zur Trennung des Synchronsignals e vom Eingangs-Bildhelligkeitssignal a. Das Bezugszeichen 3 ist ein Bildaustast-Schaltkreis zur Formung des Synchronsignals e, um so das Bildaustastsignal f zu erzeugen. Die Bezugszeichen Tr3 und R0 bezeichnen einen Konstantstrom-Erzeugungsschaltkreis 4 zur Erzeugung eines Stromes I, wenn sich das Bildaustastsignal f in der Bildperiode befindet. Der Strom wird nicht erzeugt, wenn sich das Bildaustastsignal f in der Bildaustastperiode befindet. Die Konstantstrom-Erzeugungsschaltkreise Tr1, Tr2, R1, R8 bilden einen Differentialverstärkerschaltkreis 5 für den Vergleich der Sockelspannung b mit dem gehaltenen Bildhelligkeitssignal c, um die Ströme I1 und I2 in den Kollektoren der jeweiligen Transistoren zu erzeugen. Mit der Zunahme der Amplitude des Bildhelligkeitssignals nimmt der Strom I2 zu, während der Strom I1 um einen entsprechenden Betrag abnimmt. Die Konstantstrom-Erzeugungsschaltkreise Tr7, TrB, R6, R7 bilden einen Stromspiegelungsschaltkreis 9, wobei der Strom I5, der dem Strom I2 entspricht, welcher entsprechend der Amplitude des Bildsignals variiert, im Kollektor von Tr8 erzeugt wird. Die Konstantstrom-Versorgungsschaltkreise RL, CL und Vp wandeln den Strom I5 in eine Spannung und mitteln diese, d.h. sie bilden einen Glättungsschaltkreis 8 zur Erzeugung einer mittleren Bildhelligkeit d.
Nachstehend wird die Funktionsweise der wie oben beschrieben aufgebauten Vorrichtung zum Detektieren der mittleren Bildhelligkeit eines Bildsignals beschrieben.
Das Eingangs-Bildhelligkeitssignal a wird in einen Synchronsignal- Trennschaltkreis 2 eingespeist und synchron getrennt, um ein Synchronsignal e zu erhalten. Das Synchronsignal e wird an den Bildaustast- Schaltkreis 3 übertragen und in seiner Wellenform korrigiert, so daß anschließend das Bildaustastsignal f erhalten wird. Das Bildaustastsignal f nimmt nach Fig. 5 während einer Austastperiode ungefähr den Wert 0 Volt an, während es innerhalb einer Bildperiode eine feste Spannung Vb aufweist. Das Signal f wird an die Basis von Tr3 gelegt.
Damit fließt während einer Bildperiode ein Konstantstrom I entsprechend
I = (Vb-VBE) / Ro ...(1)
im Kollektor von Tr3. VBE bezeichnet die Basis/Emitterspannung des Transistors, wobei jeder Transistor in etwa den gleichen Wert aufweist. Innerhalb der Bildaustastperiode liegt die Basisspannung von Tr3 bei etwa 0 Volt, so daß Tr3 gesperrt wird, was I = 0 zur Folge hat.
Das Eingangs-Bildhelligkeitssignal a wird an die Sockel-Klemmschaltung 1 übergeben und auf der Sockelspannung b gehalten und als gehaltenes Eingangs-Bildhelligkeitssignal c zur Ausgabe gebracht. Das heißt, der Sockelpegel des Signals c wird dabei gleich der Sockelspannung b. Die Sockelspannung b und das gehaltene Bildhelligkeitssignal c werden an die jeweilige Basis von Tr1 und Tr2 gelegt. Da die Transistoren den Differentialverstärkerschaltkreis bilden, liegen annähernd die Gleichungen
I = I1 + I2 ...(2)
VB1 - VB2 = R1 I1 - R8 I2 ...(3)
zugrunde, so daß gilt R1 = R8, wobei die Basisspannung an Tr1 durch VB1 und die Basisspannung an Tr2 durch VB2 gegeben ist. Zum Beispiel nehmen im Fall APL = 0% die Gleichungen die folgende Form an:
I1 = I2 = I/2 ...(4)
Der Strom I2 wird in den durch Tr7 und Tr8 gebildeten Stromspiegelungsschaltkreis eingespeist, wobei der durch den Kollektor von Tr7 fließende Strom I2 im Verhältnis 1:1 auf den Kollektor von Tr8 übertragen wird. Der entsprechende Zusammenhang lautet daher
I2 = I5 ...(5)
Der der Bildhelligkeit entsprechende Strom I5 wird über RL und CL in eine Spannung gewandelt und gleichzeitig gemittelt und anschließend als mittlere Bildhelligkeit d ausgegeben.
Mit VAPL als momentaner APL-Ausgangsspannung d nimmt die Gleichung die folgende Form an:
VAPL = Vp + RL I5 dt ...(6)
Durch Einsetzen der Gleichungen (3) und (5) in Gleichung (6) folgt unter der Annahme R1 = R8 = R:
VAPL = VP + RL / 2R X (VB2 - VB1) dt + RL I/2 ...(7)
Damit wird der Mittelwert des Bildsignals wie beabsichtigt in einem zweiten Term erhalten. Der Zusammenhang zwischen der Eingangs-Bildhelligkeit (VB2 - VB1) und VAPL ist in der Fig. 6 dargestellt. Die Fig. 5 zeigt außerdem ein Diagramm der Impulsverläufe.
In der weiter oben hierin beschriebenen Ausführung wird die Offsetspannung RL I/2 im dritten Term der Gleichung (7) ausgedrückt, der die mittlere Ausgangsspannung d des Bildhelligkeitssignals angibt. Die mittlere Bildhelligkeitsspannung für APL = 0%, die als Referenz für die Funktion der Schaltung dient, ändert sich, wie dies die Fig. 6 zeigt, mit RL und dem Strom I der Konstantstromversorgung. Außerdem tritt bei dem Versuch, die Ausgangsamplitude durch Erhöhen oder Erniedrigen des Wertes RL zu variieren, das Problem auf, daß sich damit gleichzeitig die Ausgangsspannung am Punkt APL = 0% ändert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde demgemäß im Hinblick auf eine weitgehende Beseitigung der oben beschriebenen und dem Stand der Technik inhärenten Nachteile entwickelt, wobei die Hauptaufgabe der Erfindung in der Bereitstellung einer verbesserten Vorrichtung zum Detektieren der mittleren Bildhelligkeit eines Bildsignals besteht, bei der eine freie Wahl der Ausgangsspannung bei einer mittleren Bildhelligkeit des Bildsignals von Null (APL = 0%) möglich ist.
Eine weitere wichtige Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten Vorrichtung des oben beschriebenen Typs zum Detektieren der mittleren Bildhelligkeit eines Bildsignals, bei der eine freie Wahl der Ausgangsamplitude möglich ist, ohne den Nullpunkt der mittleren Bildhelligkeit zu verschieben.
Diese Aufgaben werden mit dem Gegenstand des Anspruchs gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Detektieren der mittleren Bildhelligkeit eines Bildsignals bereitgestellt, die mit einem ersten Stromspiegelungsschaltkreis und einem zweiten Stromspiegelungsschaltkreis anstelle eines Stromspiegelungsschaltkreises der herkömmlichen Ausführung ausgestattet ist.
In der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet die vorliegende Erfindung einen ersten Stromspiegelungsschaltkreis als Last (aktive Last) des Differentialverstärkerschaltkreises, um dessen Ausgang durch einen zweiten Stromspiegelungsschaltkreis in den Glättungsschaltkreis einzuspeisen. Die vorliegende Erfindung bringt den Strom, der durch den zweiten Stromspiegelungsschaltkreis fließt, zum Zeitpunkt APL = 0% auf Null, so daß die Gleichspannung am Ausgang und die Amplitude der Detektierungsspannung ohne Erzeugung eines Offset der mittleren Ausgangs-Bildhelligkeitsspannung frei eingestellt werden können.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Figuren verständlich; es zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Detektieren der mittleren Bildhelligkeit eines Bildsignals gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Diagramm der zugehörigen Impulsverläufe;
Fig. 3 ein Diagramm der Detektierungscharakteristik der mittleren Bildhelligkeit;
Fig. 4 ein Blockdiagramm der herkömmlichen Vorrichtung zum Detektieren der mittleren Bildhelligkeit eines Bildsignals;
Fig. 5 ein Diagramm der zugehörigen Impulsverläufe; und
Fig. 6 ein Diagramm der zugehörigen Detektierungscharakteristik der mittleren Bildhelligkeit.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Einleitend zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung ist anzumerken, daß in allen beigefügten Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Detektieren der mittleren Bildhelligkeit eines Bildsignals gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In Fig. 1 enthält diese Tr3, Tr4, R2 und R3, d.h. einen ersten Stromspiegelungsschaltkreis 6, der als Last (häufig als aktive Last bezeichnet) des Differentialverstärkerschaltkreises 5 aus Tr1, Tr2, R1 und R8 geschaltet ist, so daß bei R2 = R3 der Kollektorstrom von Tr3 dem Kollektorstrom von Tr4 entspricht. Trs, Tr6, R4 und R5 bilden einen zweiten Stromspiegelungsschaltkreis 7. Die Differenz zwischen dem Kollektorstrom von Tr4 und dem Kollektorstrom von Tr2 bildet den Kollektorstrom von Tr6, wobei der Kollektor von Tr5 mit dem Kollektor von Tr4 verbunden ist. Da der sonstige Aufbau demjenigen der herkömmlichen Ausführungsform entspricht, wird auf eine Beschreibung verzichtet.
Nachstehend wird unter Bezug auf die Fig. 1, 2 und 3 die Funktionsweise der Vorrichtung zum Detektieren der mittleren Bildhelligkeit eines Bildsignals mit dem oben beschriebenen Aufbau erläutert.
Die Sockel-Klemmschaltung, die Erzeugung des Konstantstroms durch Tr3 und die Funktionsweise des Differentialverstärkerschaltkreises aus Tr1 und Tr2 entsprechen der herkömmlichen Ausführungsform. Wie die Fig. 1 zeigt, ist bei der vorliegenden Erfindung der erste Stromspiegelungsschaltkreis 6 aus Tr3, Tr4, R2 und R3 als aktive Last zwischen die Kollektoren von Tr1 und Tr2 geschaltet, und außerdem sind die Eingänge des zweiten Stromspiegelungsschaltkreises 7 aus Trs, Tr6, R4 und R5 mit den Kollektoren von Tr4 und Tr2 verbunden.
R2 = R3 = R4 = R5 ...(8)
Aufgrund der Charakteristik des Stromspiegelungsschaltkreises gilt näherungsweise:
I1 = I1' und I3 = I4 ...(9)
sowie
I2 + I1' + I3 ...(10)
Aus den Gleichungen (9), (10) und den Gleichungen (2), (3) folgt:
I4 = (VB2 - VB1) / R ...(11)
mit R1 = R8 = R.
Wie in der Gleichung (6) ergibt sich die mittlere Ausgangs-Bildhelligkeitsspannung VAPL zu:
VAPL = VP + RL 14 dt ...(12)
Durch Einsetzen der Gleichung (11) in Gleichung (12) wird folgender Zusammenhang erhalten:
VAPL= VP + RL/R X (VB2 - VB1) dt ...(13)
Bei der vorliegenden Erfindung wird die mittlere Ausgangs-Bildhelligkeitsspannung VAPL durch die Gesamtheit der frei wählbaren Gleichspannung VP und der mittleren Bildhelligkeitskomponente des Bildsignals des zweiten Terms repräsentiert, woraus sich ergibt, daß hier keine Offset-Spannung wie in der Gleichung (7) für die herkömmliche Ausführungsform auftritt. Die Ausgangsspannung VAPL zum Zeitpunkt einer mittleren Bildhelligkeit APL = 0% (VB2 - VB1 = 0) kann durch die Variation von VP frei eingestellt werden, und außerdem kann die Amplitude dieser Ausgangsspannung VAPL durch die Variation von RL frei eingestellt werden.
Das oben beschriebene Diagramm der Impulsverläufe ist in der Fig. 2 wiedergegeben. In der Fig. 3 ist weiter der Zusammenhang entsprechend der Gleichung (13) als Verhältnis zwischen der mittleren Bildhelligkeit des Eingangs-Bildsignals und der mittleren Ausgangs-Bildhelligkeitsspannung VAPL dargestellt.
Wie weiter oben in Verbindung mit der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, wird der erste Stromspiegelungsschaltkreis 6 als Last (aktive Last) des Differentialverstärkerschaltkreises anstelle eines Stromspiegelungsschaltkreises 9 der herkömmlichen Vorrichtung zur Detektierung der mittleren Bildhelligkeit eines Bildsignals herangezogen, wobei der Ausgang über den zweiten Stromspiegelungsschaltkreis 7 an den Glättungsschaltkreis übergeben wird, so daß die Gleichspannung der mittleren Ausgangs-Bildhelligkeit frei eingestellt werden kann, ohne einen Offset der mittleren Ausgangs-Bildhelligkeitsspannung zu erzeugen, wobei der Strom durch den zweiten Stromspiegelungsschaltkreis 7 zum Zeitpunkt von APL = 0% den Wert Null aufweist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung entspricht R4 dem Wert von R5, er muß jedoch nicht gleich diesem sein. In diesem Fall ändert sich die Ausgangsamplitude. Obwohl der Stromspiegelungsschaltkreis hier aus zwei Transistoren besteht, kann er auch durch drei Transistoren, eine WILSON-Stromspiegelung und dergl. gebildet werden.
Obwohl der Bildaustastsignal-Schaltkreis ein Bildaustastsignal f generiert, wobei das Synchronsignal e, das in synchroner Weise durch den Synchronsignal-Trennschaltkreis vom Eingangssignal abgetrennt wird, als Eingang dient, kann dieser dem Bildaustastsignal f eine entsprechende Wellenform verleihen und es im Fall eines Fernsehempfängers zusammen mit dem Rücklaufimpuls als Eingangssignal erzeugen.
Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kann bei der Ausführung entsprechend der vorliegenden Erfindung durch die Bereitstellung eines Synchron-Trennschaltkreises, eines Bildaustastsignal-Schaltkreises, eines Bildperioden-Konstantstrom-Erzeugungsschaltkreises, einer Sockel-Klemmschaltung, einer Stromversorung, eines Differentialverstärkerschaltkreises, eines ersten Stromspiegelungsschaltkreises, eines zweiten Stromspiegelungsschaltkreises und eines Glättungsschaltkreises die Ausgangsspannung bei einer mittleren Bildhelligkeit des Bildsignals von Null frei gewählt werden, wobei die Ausgangsamplitude ebenfalls frei wählbar ist, wodurch eine Vorrichtung zum Detektieren der mittleren Bildhelligkeit eines Bildsignals realisiert wird, die weitgreifende Effekte für den praktischen Einsatz mit sich bringt.

Claims

1. Vorrichtung zum Detektieren der mittleren Bildhelligkeit eines Bildsignals, mit

einem Synchronsignal-Trennschaltkreis (2) eines Eingangs-Bildhelligkeitssignals (a),

einem Bildaustastsignal-Schaltkreis (3) zum Erzeugen von Bildaustastsignalen (f) aus den Synchronsignalausgängen (e),

einem Bildperioden-Konstantstrom-Erzeugungsschaltkreis (4) zum Erzeugen eines Konstantstroms (I) allein während der Bildperiode des Bildsignals unter der Steuerung des oben beschriebenen Bildaustastsignals (f),

einer Sockel-Klemmschaltung zum Halten des Sockels des oben beschriebenen Eingangs-Bildhelligkeitssignals (a) auf einer vorgegebenen Sockelspannung (b),

einem Differentialverstärkerschaltkreis (5), der die Differenz zwischen der oben beschriebenen Sockelspannung (b) und dem gehaltenen Eingangs-Bildhelligkeitssignal (c) bildet, wobei der Ausgangsstrom (I) des oben beschriebenen Bildperioden-Konstantstrom-Erzeugungsschaltkreises (4) als Stromversorgung arbeitet,

einem ersten Stromspiegelungsschaltkreis (6), der als Last (aktive Last) des oben beschriebenen Differentialverstärkerschaltkreises (5) angeschlossen ist,

einem zweiten Stromspiegelungsschaltkreis (7) zum Spiegeln des Stromausgangs des ersten Stromspiegelungsschaltkreises (6), und mit

einem Glättungsschaltkreis (8) zum Umwandeln des Ausgangsstroms (14) des oben beschriebenen zweiten Stromspiegelungsschaltkreises (7) in eine Ausgangsspannung (d), um diese zu glätten, wobei die Ausgangsspannung (d) wahlweise für den Fall eingestellt werden kann, daß die mittlere Bildhelligkeit des Bildsignals gleich Null ist, und wobei die Amplitude der Ausgangsspannung (d) ebenfalls wahlweise eingestellt werden kann.